CN112187046A - 燃料电池dc-dc控制方法、装置、***及存储介质 - Google Patents

燃料电池dc-dc控制方法、装置、***及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种燃料电池DC‑DC控制方法，包括：采集输入电流值、输入电压值和输出电压值；根据输入电压值和给定的功率值计算当前控制周期的电感电流值，将电感电流值的大小设定为下一控制周期的输入电流上限值；将输出电压值与输出电压设定值进行比较，并由电压环对比较值进行PI调节，以得到输入电流设定值；将输入电流设定值与输入电流上限值进行比较，根据比较结果对输入电流设定值进行调节；将调节后的输入电流设定值与输入电流值进行比较，并由电流环对比较值进行PI调节，以得到下一控制周期的占空比值；根据占空比值对功率开关器件的开关进行控制。本发明通过输入电流上限值对输入电流环的电流进行准确控制，以达到降低输入电流超调量的效果。

Description

燃料电池DC-DC控制方法、装置、***及存储介质
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池DC-DC控制方法、装置、***及存储介质。
背景技术
燃料电池汽车与传统汽车一样，必须具有很强的机动性，以便应对不同的路况。而为满足机动性的要求，燃料电池汽车驱动所需功率会有较大的波动，这与燃料电池的输出特性“偏软”是相互矛盾的。另一方面，燃料电池的输出功率若波动较大，其效率会大大下降，影响其机动性能。
因此，若以燃料电池作为电源直接驱动，一方面输出特性“偏软”，另一方面电池燃料电池的输出电压较低。为此，在燃料电池与汽车驱动之间加入DC-DC转换器，燃料电池和DC-DC转换器共同组成电源对外供电，以通过DC-DC转换器将不可调的直流电源转换成稳定、可控的直流电源。
然而，现有的燃料电池DC-DC转换器通常采用输入电压外环和输入电流内环的双闭环控制方法，这种控制方法容易出现较大的超调量，导致DC-DC转换器在重载和满载时出现过流保护故障。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种燃料电池DC-DC控制方法，旨在解决现有的燃料电池DC-DC控制方法存在超调量较大的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种燃料电池DC-DC控制方法，该燃料电池DC-DC控制方法包括：采集输入电流值、输入电压值和输出电压值；根据所述输入电压值和给定的功率值计算当前控制周期的电感电流值，并将所述电感电流值的大小设定为下一控制周期的输入电流上限值；将所述输出电压值与输出电压设定值进行比较，并经由电压环控制器对比较值进行PI调节，以得到输入电流设定值；将所述输入电流设定值与所述输入电流上限值进行比较，并根据所述比较结果对所述输入电流设定值进行饱和调节；将调节后的所述输入电流设定值与所述输入电流值进行比较，并经由所述电流环控制器对比较值进行PI调节，以得到下一控制周期的占空比值；根据所述占空比值对所述功率开关器件的开关进行控制。
优选地，所述将输入电流设定值与电感电流值进行比较，并根据所述比较结果对所述输入电流设定值进行饱和调节包括：若所述输入电流设定值大于所述输入电流上限值，则将所述输入电流设定值调整为所述输入电流上限值的大小；若所述输入电流设定值小于或等于所述输入电流上限值，则无需对所述输入电流设定值进行调节。
优选地，所述燃料电池DC-DC控制方法还包括：对所述燃料电池DC-DC进行初始化及自检；在完成所述初始化及自检操作后，根据所述燃料电池***所需的功率值，触发所述燃料电池DC-DC转换器的控制程序。
本发明还提出一种燃料电池DC-DC控制装置，该燃料电池DC-DC控制装置包括：参数采集模块，用于采集输入电流值、输入电压值和输出电压值；输入电流上限值计算模块，用于根据所述输入电压值和给定的功率值计算当前控制周期的电感电流值，并将所述电感电流值的大小设定为下一控制周期的输入电流上限值；输入电流设定值计算模块，用于将所述输出电压值与输出电压设定值进行比较，并经由电压环控制器对比较值进行PI调节，以得到输入电流设定值；输入电流设定值调节模块，用于将所述输入电流设定值与所述输入电流上限值进行比较，并根据所述比较结果对所述输入电流设定值进行饱和调节；占空比值计算模块，用于将调节后的所述输入电流设定值与所述输入电流值进行比较，并经由所述电流环控制器对比较值进行PI调节，以得到下一控制周期的占空比值；控制模块，用于根据所述占空比值对所述功率开关器件的开关进行控制。
优选地，所述输入电流设定值调节模块包括：第一调节单元，用于在所述输入电流设定值大于所述输入电流上限值时，将所述输入电流设定值调整为所述输入电流上限值的大小；第二调节单元，用于在所述输入电流设定值小于或等于所述输入电流上限值时，无需对所述输入电流设定值进行调节。
优选地，所述燃料电池DC-DC控制装置还包括：初始化模块，用于对所述燃料电池DC-DC进行初始化及自检；燃料电池DC-DC触发模块，用于在完成所述初始化及自检操作后，根据所述燃料电池***所需的功率值，触发所述燃料电池DC-DC的控制程序。
本发明还提出一种燃料电池DC-DC控制***，该燃料电池DC-DC控制***包括：
存储器，用于存储控制计算程序；
处理器，用于执行所述控制计算程序时，实现前述各实施例记载的所述燃料电池DC-DC控制方法。
本发明还提出一种存储介质，该存储介质存储有控制计算程序，所述控制计算程序被处理器执行时，实现前述各实施例记载的所述燃料电池DC-DC控制方法。
与现有技术相比，本发明实施例的有益技术效果在于：
本发明所提出的燃料电池DC-DC控制方法，其先通过给定功率值计算当前控制周期的电感电流值，并将此电感电流值作为下一控制周期所允许输入的最大电流值，也即下一控制周期的输入电流上限值；而后，再通过输出电压环计算得到输入电流设定值，在计算得到输入电流设定值后，根据输入电流上限值对其进行调整，以对输入电流环的电流进行控制，从而达到降低超调量的效果，使得燃料电池稳定输出。本发明实施例采用输出电压环、输入电流环的双闭环控制替代输入电压环、输入电流环的双闭环控制，前者更能稳定输出电压和输入电流，满足燃料电池***的输出电特性。
附图说明
图1为本发明燃料电池DC-DC控制方法一实施例的流程图；
图2为本发明燃料电池DC-DC的电气拓扑图；
图3为本发明燃料电池DC-DC控制装置一实施例的功能模块图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种燃料电池DC-DC控制方法，在一实施方式中，参见图1，该燃料电池DC-DC控制方法包括以下步骤：
步骤S10，采集输入电流值、输入电压值和输出电压值；
本实施例中，采用输出电压外环、输入电流内环的双闭环控制方法，在对燃料电池DC-DC进行双闭环控制之前，需实时采集输入电流值、输入电压值及输出电压值，以供燃料电池DC-DC***根据采集到的上述参数进行计算。参见图2，燃料电池DC-DC由输入电容C2、升压电感L1、功率开关器件Q1、输出二极管D1和输出电容C1组成，其中，Ui为输入电压值、Uo为输出电压值，IL为电感电流。
步骤S20，根据输入电压值和给定的功率值计算当前控制周期的电感电流值，并将电感电流值的大小设定为下一控制周期的输入电流上限值；
本实施例中，给定的功率值是燃料电池系所需供给给负载的功率，燃料电池***根据该给定功率值和输入电压值，计算出当前控制周期的电感电流值，具体的，按以下公式进行计算：I＝P/U。在计算得到当前控制周期的电感电流值后，将计算得到的电感电流值设定为下一控制周期的输入电流上限值，由于该输入电流上限值是当前控制周期计算值，因此能更为准确地控制下一个周期的电流环输入。
步骤S30，将输出电压值与输出电压设定值进行比较，并经由电压环控制器对比较值进行PI调节，以得到输入电流设定值；
本实施例中，在已知输出电压值与输出电压设定值的情况下，先对输出电压值与输出电压设定值进行比较，以计算得到输出电压值与输出电压设定值的差值。在计算得到输出电压值与输出电压设定值的差值后，再通过电压环控制器对该差值进行PI调节，在完成对于该差值的PI调节后，可得到相应的输入电流设定值。需要说明的是，电压环控制器也即PI控制器，它可根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，以对被控制对象进行控制。
步骤S40，将输入电流设定值与输入电流上限值进行比较，并根据比较结果对输入电流设定值进行饱和调节；
本实施例中，在分别计算得到输入电流设定值与输入电流上限值后，将输入电流设定值与输入电流上限值进行比较。若输入电流设定值大于输入电流上限值，则将输入电流设定值调整为输入电流上限值的大小；若输入电流设定值小于或等于输入电流上限值，则无需对输入电流设定值进行调节。也就是说，通过设定的输入电流上限值，可对输入电流环的电流大小进行限制，以降低燃料电池DC-DC的输入电流超调量。
需要说明的是，输入电流上限值是根据给定功率值和采集到的输入电压值进行计算的，由于给定功率值和书输入电压值都是时刻在变化的，因此，根据给定功率值和输入电压值计算得到的输入电流上限值是动态变化的，而不是固定不变的。
步骤S50，将调节后的输入电流设定值与输入电流值进行比较，并经由电流环控制器对比较值进行PI调节，以得到下一控制周期的占空比值；
本实施例中，在已知输入电流设定值与输入电流值的情况下，先对输入电流值与输入电流设定值进行比较，以计算得到输入电流值与输入电流设定值的差值。在计算得到输入电流值与输入电流设定值的差值后，再通过电流环控制器对该差值进行PI调节，在完成对于该差值的PI调节后，可得到相应的占空比值。需要说明的是，电流环控制器也即PI控制器，它可根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，以对被控制对象进行控制。
步骤S60，根据占空比值对功率开关器件的开关进行控制。
本实施例中，在计算得到占空比值后，根据此占空比值可对功率开关器件Q1的开关进行控制，以使得燃料电池稳定输出。
在一实施例中，本发明实施例所提出的燃料电池DC-DC控制方法还包括以下步骤：
对燃料电池DC-DC进行初始化及自检；
在完成初始化及自检操作后，根据燃料电池***所需的功率值，触发燃料电池DC-DC的控制程序。
本实施例中，燃料电池DC-DC进行初始化及自检，其包括对于控制芯片的初始化、输入输出电流电压与温度等数值检测以及驱动板相关控制信号的检测等。其中，温度检测包括对于燃料电池DC-DC的电容、电感和功率器件开关及PCB的检测。在完成初始化及自检操作后，也即燃料电池DC-DC能够正常运行，其将接收到燃料电池***所发出的功率请求信号，燃料电池DC-DC在接收到此功率请求信号后，则会触发步骤S10-S40所记载的燃料电池DC-DC控制方法，
基于前述所提出的燃料电池DC-DC控制方法，参见图3，本发明还提出一种燃料电池DC-DC控制装置，该燃料电池DC-DC控制装置包括：
参数采集模块10，用于采集输入电流值、输入电压值和输出电压值；
输入电流上限值计算模块20，用于根据输入电压值和给定的功率值计算当前控制周期的电感电流值，并将电感电流值的大小设定为下一控制周期的输入电流上限值；
输入电流设定值计算模块30，用于将输出电压值与输出电压设定值进行比较，并经由电压环控制器对比较值进行PI调节，以得到输入电流设定值；
输入电流设定值调节模块40，用于将输入电流设定值与输入电流上限值进行比较，并根据比较结果对输入电流设定值进行饱和调节；
占空比值计算模块50，用于将调节后的输入电流设定值与输入电流值进行比较，并经由电流环控制器对比较值进行PI调节，以得到下一控制周期的占空比值；
控制模块60，用于根据占空比值对功率开关器件的开关进行控制。
在一实施例中，本发明实施例所提出的输入电流设定值调节模块40包括：
第一调节单元，用于在输入电流设定值大于输入电流上限值时，将输入电流设定值调整为输入电流上限值的大小；
第二调节单元，用于在输入电流设定值小于或等于输入电流上限值时，无需对输入电流设定值进行调节。
在另一实施例中，本发明实施例所提出的燃料电池DC-DC控制装置还包括：
初始化模块，用于对燃料电池DC-DC进行初始化及自检；
燃料电池DC-DC触发模块，用于在完成初始化及自检操作后，根据燃料电池***所需的功率值，触发燃料电池DC-DC的控制程序。
基于前述所提出的燃料电池DC-DC控制方法，本发明还提出一种燃料电池DC-DC控制***，该燃料电池DC-DC控制***包括：
存储器，用于存储控制计算程序；
处理器，用于执行控制计算程序时，实现前述各实施例记载的燃料电池DC-DC控制方法，所述燃料电池DC-DC控制方法至少包括以下步骤：
步骤S10，采集输入电流值、输入电压值和输出电压值；
步骤S20，根据输入电压值和给定的功率值计算当前控制周期的电感电流值，并将电感电流值的大小设定为下一控制周期的输入电流上限值；
步骤S30，将输出电压值与输出电压设定值进行比较，并经由电压环控制器对比较值进行PI调节，以得到输入电流设定值；
步骤S40，将输入电流设定值与输入电流上限值进行比较，并根据比较结果对输入电流设定值进行饱和调节；
步骤S50，将调节后的输入电流设定值与输入电流值进行比较，并经由电流环控制器对比较值进行PI调节，以得到下一控制周期的占空比值；
步骤S60，根据占空比值对功率开关器件的开关进行控制。
基于前述所提出的燃料电池DC-DC控制方法，本发明还提出一种存储介质，该存储介质存储有控制计算程序，该控制计算程序被处理器执行时，实现前述各实施例记载的燃料电池DC-DC控制方法，所述燃料电池DC-DC控制方法至少包括以下步骤：
步骤S10，采集输入电流值、输入电压值和输出电压值；
步骤S20，根据输入电压值和给定的功率值计算当前控制周期的电感电流值，并将电感电流值的大小设定为下一控制周期的输入电流上限值；
步骤S30，将输出电压值与输出电压设定值进行比较，并经由电压环控制器对比较值进行PI调节，以得到输入电流设定值；
步骤S40，将输入电流设定值与输入电流上限值进行比较，并根据比较结果对输入电流设定值进行饱和调节；
步骤S50，将调节后的输入电流设定值与输入电流值进行比较，并经由电流环控制器对比较值进行PI调节，以得到下一控制周期的占空比值；
步骤S60，根据占空比值对功率开关器件的开关进行控制。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (8)

1.一种燃料电池DC-DC控制方法，所述燃料电池DC-DC包括升压电感、输入电容、输出电容、输出二极管和功率开关器件，其特征在于，所述燃料电池DC-DC控制方法包括：
采集输入电流值、输入电压值和输出电压值；
根据所述输入电压值和给定的功率值计算当前控制周期的电感电流值，并将所述电感电流值的大小设定为下一控制周期的输入电流上限值；
将所述输出电压值与输出电压设定值进行比较，并经由电压环控制器对比较值进行PI调节，以得到输入电流设定值；
将所述输入电流设定值与所述输入电流上限值进行比较，并根据所述比较结果对所述输入电流设定值进行饱和调节；
将调节后的所述输入电流设定值与所述输入电流值进行比较，并经由所述电流环控制器对比较值进行PI调节，以得到下一控制周期的占空比值；
根据所述占空比值对所述功率开关器件的开关进行控制。
2.根据权利要求1所述的燃料电池DC-DC控制方法，其特征在于，所述将输入电流设定值与电感电流值进行比较，并根据所述比较结果对所述输入电流设定值进行饱和调节包括：
若所述输入电流设定值大于所述输入电流上限值，则将所述输入电流设定值调整为所述输入电流上限值的大小；
若所述输入电流设定值小于或等于所述输入电流上限值，则无需对所述输入电流设定值进行调节。
3.根据权利要求1所述的燃料电池DC-DC控制方法，其特征在于，还包括：
对所述燃料电池DC-DC进行初始化及自检；
在完成所述初始化及自检操作后，根据所述燃料电池***所需的功率值，触发所述燃料电池DC-DC的控制程序。
4.一种燃料电池DC-DC控制装置，其特征在于，包括：
参数采集模块，用于采集输入电流值、输入电压值和输出电压值；
输入电流上限值计算模块，用于根据所述输入电压值和给定的功率值计算当前控制周期的电感电流值，并将所述电感电流值的大小设定为下一控制周期的输入电流上限值；
输入电流设定值计算模块，用于将所述输出电压值与输出电压设定值进行比较，并经由电压环控制器对比较值进行PI调节，以得到输入电流设定值；
输入电流设定值调节模块，用于将所述输入电流设定值与所述输入电流上限值进行比较，并根据所述比较结果对所述输入电流设定值进行饱和调节；
占空比值计算模块，用于将调节后的所述输入电流设定值与所述输入电流值进行比较，并经由所述电流环控制器对比较值进行PI调节，以得到下一控制周期的占空比值；
控制模块，用于根据所述占空比值对所述功率开关器件的开关进行控制。
5.根据权利要求4所述的燃料电池DC-DC控制装置，其特征在于，所述输入电流设定值调节模块包括：
第一调节单元，用于在所述输入电流设定值大于所述输入电流上限值时，将所述输入电流设定值调整为所述输入电流上限值的大小；
第二调节单元，用于在所述输入电流设定值小于或等于所述输入电流上限值时，无需对所述输入电流设定值进行调节。
6.根据权利要求4所述的燃料电池DC-DC控制装置，其特征在于，还包括：
初始化模块，用于对所述燃料电池DC-DC进行初始化及自检；
燃料电池DC-DC触发模块，用于在完成所述初始化及自检操作后，根据所述燃料电池***所需的功率值，触发所述燃料电池DC-DC的控制程序。
7.一种燃料电池DC-DC控制***，其特征在于，包括：
存储器，用于存储控制计算程序；
处理器，用于执行所述控制计算程序时，实现权利要求1-3任一项所述的燃料电池DC-DC控制方法。
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有控制计算程序，所述控制计算程序被处理器执行时，实现权利要求1-3任一项所述的燃料电池DC-DC控制方法。
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